Anwendung programmierbarer Taschenrechner – serie

Die mit dem Gebiet der angewandten Mathematik und Finanzmathematik in Band 1 begonnene und mit Anwendungsproblemen auf dem Gebiet der Allgemeinen Elektrotechnik mit Band 2 fort­ gesetzte Reihe "Anwendung programmierbarer Taschenrechner" wird mit dem vorliegenden Band um die Fachgebiete Elektrische Energietechnik, Steuerungstechnik und Elektrizitätswirtschaft erweitert. Dieser Band wendet sich insbesondere an Ingenieure in Energieversorgungsunternehmen (EVU's) und Industrieunternehmen, die an einer rationellen und systematischen Bearbeitung sich wieder­ holender AufgabensteIlungen aus den genannten Fachgebieten interessiert sind. Studenten an Technischen Hochschulen und Fachhochschulen erhalten einen Einblick in die Möglichkeiten und Grenzen der Anwendung programmierbarer Taschenrechner. Dem Leser wird ein Nachschlagefundus mit Beispielen für programmierte Aufgabenlösungen prak­ tischer Anwendungsfälle in die Hand gegeben. Die hierbei gegebenen Programmierhinweise haben den Zweck, die Ausarbeitung spezieller, auf die eigene Problemstellung zugeschnittene Programme zu erleichtern. Zu den AufgabensteIlungen werden die mathematischen und vertragsrechtlichen Grundlagen nur soweit dargestellt, wie es zur Programmierung des Lösungsalgorithmus erforderl ich ist. Zum tieferen Eindringen in die jeweilige Thematik wird auf die vorhandene Fachliteratur verwiesen. Die angegebenen Programme sind auf die Rechner HP 67, HP 97 und HP 41 C für UPN-Technik mit Magnetkartenleser und ggf. Thermodrucker zugeschnitten. Mit Hilfe der angegebenen Lösungs­ gleichungen und den Hinweisen zu der jeweiligen Programmstruktur sind die Programme jedoch auch auf andere Rechnersysteme übertragbar. Der Verfasser geht davon aus, daß die den Rechnern aller Systeme zugehörigenBedienungshandbücher und die hierzu vorliegende Sekundärliteratur alle Fragen zur eigentlichen Bedienung und praktischen Einübung umfassend beantworten.

Die Bedeutung der Getriebelehre für die moderne Technik ist unumstritten. Im Bereich der un­ gleichmäßig übersetzenden Getriebe war allerdings immer eine Lücke zwischen den theoretischen Erkenntnissen und der konstruktiven Anwendung zu vermerken. Diese Lücke kann durch den Einsatz programmierbarer Rechner verringert werden, da umfassende theoretische Erkenntnisse nicht mehr unbedingt vorausgesetzt zu werden brauchen. Die beiden Kleinrechner HP 97 (Hewlett Packard) und Tl-59 (Texas-Instruments) können mit ihren Druckerntrotz ihrer gegenüber Groß· rechnern geringen Kapazität recht wirkungsvoll für die beiden Grund-Getriebetypen, Gelenk­ getriebe und Kurvengetriebe, mit ihren unterschiedlichen Rechensystemen (UPN und AOS) ein· gesetzt werden. Für beide Rechner werden Bedienungsanleitungen und Programm-Auflistungen zur Verfügung gestellt. Die HP 97-Programme können sogar vom Benutzer ohne große Programmier­ Erfahrungen in kurzer Zeit in den Rechner HP 41 C (HP 41 CV) mit seiner wesentlich größeren Kapazität eingegeben werden, wobei hier die Bedienungsanleitungen und die Zahlenbeispiele eine wirksame Kontrollhilfe darstellen. ln einem zweiten Band (H. Kerle, Getriebetechnik II -Dynamik) stehen dann Programme für die Ermittlung von Kräften in Gelenk· und Kurvengetrieben bereit. Die Kenntnis der Belastungen der Getriebeglieder durch Nutz· und Massenkräfte führt zu einer praxisgerechten Konstruktion. Mit den zu den beiden Bänden entwickelten Programmen erhält der Konstrukteur somit wirksame Beurteilungshilfen für die Auslegung seiner Getriebe. Dem Verlag und insbesondere den Herren H. J. Niclas, M. Langfeld und E. Schmitt gilt der Dank des Verfassers für die Herausgabe dieses die Getriebe-Konstruktionen unterstützenden Bandes. Braunschweig, imMai 1981 K. Hain V Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1. 1 Die Methoden für Getriebe-Untersuchungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Dieses Buch bildet zusammen mit dem von K. Hain herausgegebenen Band, "Getriebetechnik - Kinematik" eine Einheit. Mit den in beiden Bänden entwickelten Programmen für UPN-und AaS-Rechner erhält der Getriebekonstrukteur im Verarbeitungsmaschinenbau eine wirksame Hilfe unmittelbar an seinem Arbeitsplatz, um einfache Gelenk-und Kurvengetriebe zu entwerfen, nachzurechnen und im Hinblick auf die Bewegungs-und Kraftübertragung zu beurteilen und optimal den Anforderungen der Praxis anzupassen. Obwohl die Programme speziell auf die Kleinrechner HP 97 von Hewlett-Packard und TI 59 mit Drucker PC 100 von Texas Instruments zugeschnitten sind, dürfte es den Besitzern und Benutzern der Rechner HP 67 und HP 41-C sowie TI 58 nicht schwerfallen, die meisten Programme zu über­ nehmen oder so abzuändern, daß auch sie den größten Nutzen daraus ziehen. Da die grundlegen­ den Gleichungen allesamt aus der Theorie der Getriebedynamik hergeleitet und für die nach­ folgende Programmierung aufbereitet werden, mag es sich selbst für Programmierer von Mikro­ rechnern lohnen, hier nachzulesen, um eigene Programme aufzubauen. Der Verfasser dankt Herrn K. Hain herzlich für die durchweg gewährte fachliche Beratung und für das Erarbeiten der Kinematik-Programme, ein unverzichtbarer Bestandteil jeder dynamischen Getriebeanalyse. Ferner sei den deutschen Vertretungen der Firmen Hewlett-Packard in Frankfurt/ Main und Texas Instruments in Freising bei München für ihre Hardware-Unterstützung gedankt.

Die speziellen Funktionen, insbesondere die elliptischen Funktionen, hatten in Physik und Technik stets ungeheure Bedeutung und wurden in den Vorlesungen der Hochschulen im 19. und be­ ginnenden 20. Jahrhundert entsprechend berücksichtigt. Später sind die speziellen Funktionen aus den Vorlesungen verschwunden, und es traten die strukturellen Gesichtspunkte der Mathematik in den Vordergrund. Dies hat zu einer gewissen Entfremdung zwischen Anwendungen und theoretischer Ausbildung im Vorlesungsbetrieb geführt. Allerdings haben im angelsächsischen Sprachraum die speziellen Funktionen stets durch Bücher und Tafelwerke Berücksichtigung gefunden, entsprechend ihrer Bedeutung sowohl für Anwendungen der Mathematik wie auch für theoretische Begriffsbildungen. Durch den Computer (bzw. seinen kleinen Bruder, den Taschenrechner) ist die Freude am numerischen Rechnen ganz bedeutend gestiegen. Wegen erhöhter Genauigkeitsansprüche in Physik· und Technik kann man sich heute nicht mehr mit linearen Näherungen begnügen (berühmtes Beispiel: das Pendel); dadurch braucht auch der Ingenieur und Physiker die speziellen Funktionen, im besonderen die elliptischen Funktionen. Es ist zu begrüßen, daß der Autor P. Kahlig, von dem schon analoge Veröffentlichungen vorliegen, einen Band über die elliptischen Funktionen und die Theta-Funktionen herausbringt, deren Bedeutung auch für die Wärmeleitung und Diffusion ja wohlbekannt ist. Genaue Funktionswerte sind somit jedem Anwender schnell und leicht zugänglich. Es ist diesem Band weite Verbreitung zu wünschen. Univ. Prof. Dr. Dr. h.c. Edmund Hlawka, Institut für Analysis, Technische Mathematik und Versicherungs­ mathematik der Technischen Universität sowie Institut für Mathematik der Universität Wien. Wirkl. Mitglied derÖsterr. Akademie der Wissenschaften, Mitglied der Deutschen Akademie der Naturforscher, korrespond.

Bei der Planung und Auswertung naturwissenschaftlicher und technischer Versuche sowie sozial­ wissenschaftlicher Untersuchungen werden wesentlich statistische Verfahren eingesetzt. Mit diesen Verfahren ist oft ein erheblicher Rechenaufwand verbunden, der sich allein mit Papier und Blei­ stift oft nur mühevoll abwickeln läßt. Andererseits hat aber nicht jeder Zugang zu einem Rechen­ zentrum und ist auch der Einsatz einer größeren EDV-Anlage nicht bei jeder statistischen Problem­ stellung zu rechtfertigen. Hier können elektronische Taschenrechner eine wichtige Unterstützung bieten. Dies gilt insbesondere für programmierbare Modelle, bei denen die erstellten Programme auf Magnetkarten oder Bandkassetten gespeichert werden können. Die einmal aufgezeichneten Pro­ gramme stehen dann jederzeit zur Verfügung. • Benutzer können die angegebenen Programme auf ihre Taschenrechner übertragen und Daten auswerten. • Sie können anhand der Erläuterungen der Programme verfolgen, wie statistische Formeln und Algorithmen in Befehlsfolgen übertragen werden, wie Daten gespeichert, verarbeitet und wieder abgerufen werden. • Sie können sich dazu anregen lassen, benötigte Formeln und Verfahren selbständig zu program­ mieren. Die in den Programmen verwendeten Befehle sind auf den Rechner TI 58/59 der Firma Texas I nstruments abgestimmt. Die Programme laufen aber praktisch ohne Änderung auf fast allen Rech­ nern mit algebraischer Logik mit Hierarchie (AOS und ALH). Daher wurde auch auf spezielle Soft-ware kein Bezug genommen. Es sei aber betont, daß sich die Anschaffung in vielen Fällen lohnt, weil sie eine große Zahl von zusätzlichen Möglichkeiten eröffnet und das Programmieren einfacher macht.

In einer Zeit, in der man den umweltschädigenden Einfluß unserer technologischen Gesell­ schaften immer deutlicher zu spüren bekommt, muß zwangsläufig die "Lehre vom Haus­ halt der Natur", also die Ökologie, an Bedeutung zunehmen. Daß diese Wissenschaft sich nicht nur um die Rettung der vom Aussterben bedrohten Tiere und Pflanzen bemüht, sondern auch die in ihrer Existenzgrundlage sich selbst gefährdende Menschheit in ihre Betrachtung einbezieht, ist eine Tatsache, die bisher leider nicht in weiten Kreisen der Be­ völkerung bewußt gemacht wurde. Man kann wohl getrost behaupten, ökologische For­ schung sei neben einer ausgewogenen Politik und neben akzeptablen Konzepten der Öko­ nomie für den Fortbestand der Menschheit notwendig. Der Ökologe stützt sich bei seinen Untersuchungen auf nur verbal beschreibbare Beob­ achtungen (welche allerdings oft durch Fotos oder Zeichnungen dokumentarisch festge­ halten werden können) und auf (mehr oder weniger) objektive Meßdaten. Liegen nach der Untersuchung letztere vor, müssen diese in irgendeiner Weise in logischen Zusammen­ hang gebracht werden, sie müssen also verarbeitet werden. Bei der Auswahl von nume­ rischen Verfahren muß der Ökologe allerdings größtenteils auf fachfremde Literatur zu­ rückgreifen, d. h. Werke der mathematischen, naturwissenschaftlichen, sozialwissenschaft­ lichen und medizinischen Statistik sowie der praktischen Mathematik für technisch-natur­ wissenschaftliche Disziplinen. Entsprechend muß er sich Taschenrechnerprogramme für die Datenauswertung aus Büchern anderer Fachdisziplinen zusammensuchen. Für eine Wissenschaft, die - wie oben angedeutet - so bedeutungsvoll wurde, ist es allmählich an der Zeit, daß sie ihre eigene Literatur zu diesem Thema erhält.